Músculos artificiais imitam células musculares humanas.

Músculos lentos

Os músculos artificiais, com vários princípios de funcionamento, estão disponíveis há anos. Apesar de promissores, eles nunca tiveram um uso mais disseminado na robótica devido à sua baixa velocidade de atuação.

Apenas mais recentemente, um novo tipo de músculo robótico, cujo desenvolvimento contou com a participação de um pesquisador brasileiro, começou a vencer as limitações de velocidade - veja Músculo artificial de aerogel e nanotubos é superforte e super-rápido.

Músculos artificiais que imitam os naturais

Agora, um grupo de pesquisadores alemães resolver abordar a questão com os princípios da nanociência: de baixo para cima. E, para isso, nada melhor do que se inspirar nos próprios músculos biológicos e em suas células elásticas.

Quando você move seu braço ou sua perna, as células musculares precisam alterar seu formato, seja alongando-se ou contraindo-se. A equipe do professor Rudolf Zentel conseguiu criar nanopartículas que se comportam como essas células musculares, alterando seu formato de forma reversível, o que abre caminho para que elas sejam utilizadas na fabricação de músculos artificiais que imitem os músculos naturais.

Borracha de cristal líquido

As nanopartículas, ou micromúsculos, como os pesquisadores as chamam, foram criadas a partir de cristais líquidos mesclados com um polímero elástico. Em vez de se alinharem, como acontece na tela de um monitor de computador ou TV, bloqueando ou deixando a luz passar, as partículas de cristal líquido, que são originalmente arredondadas, alongam-se fortemente, aumentando seu tamanho em até 70%.

A mudança de formato nas moléculas de cristal líquido, ou elastômeros, é bem conhecida dos cientistas há muito tempo, mas até agora ninguém havia conseguido produzi-las nessa escala. Para conseguir o feito, os cientistas mesclaram a química dos cristais líquidos com a ciência dos polímeros, criando uma espécie de "borracha de cristal líquido."

Reator microfluídico

O feito em nanoescala foi possível graças a um reator microfluídico, uma espécie de laboratório químico construído sobre um placa de silício do tamanho de um chip de computador (veja Biochips).

Os ingredientes usados na fabricação dessas "células musculares" artificiais entram por um lado do chip, percorrendo microcanais e microcâmaras onde se dão as reações químicas. O produto final sai na outra extremidade do reator, de forma contínua. Esse conceito é também chamado de nanofábrica química.

Variando as condições da reação química no interior da nanofábrica, é possível fabricar partículas de diferentes tamanhos.

Aplicações dos novos músculos artificiais

Os músculos artificiais deverão ter uma aplicação real brevemente. A equipe do professor Zentel está pesquisando sua utilização nas próprias nanofábricas e em biochips, uma variação do mesmo conceito de reator químico em micro e nanoescala voltado para análises de laboratório e aplicações biomédicas.

Os pesquisadores afirmam também que seus micromúsculos poderão se tornar "uma séria alternativa para outros sistemas de atuação microscópicos, como os atuadores piezoelétricos e as partículas de hidrogel," graças à sua capacidade de gerar fortes pressões e torques e de alterar de formato rapidamente.

Redação do Site Inovação Tecnológica

Bibliografia:

A Continuous Flow Synthesis of Micrometer-Sized Actuators from Liquid Crystalline Elastomers
Christian Ohm, Christophe Serra, Rudolf Zentel
Advanced Materials
Vol.: Articles online in advance of print
DOI: 10.1002/adma.200901522

Unicamp desenvolve nanopeneiras de polímeros para uso biomédico.

Luiz Sugimoto - 15/09/2009

[Imagem: Unicamp]

Aplicações biológicas e biomédicas

Pesquisadores da Unicamp acabam de desenvolver nanopeneiras poliméricas, com aplicações principalmente em processos biológicos, que prometem ser alternativa bem mais eficaz do que as membranas de microfiltração disponíveis no mercado.

São materiais biocompatíveis e biodegradáveis de uso potencial, por exemplo, em cápsulas implantadas no corpo humano para a liberação controlada de medicamentos.

"Não há registro na literatura de peneiras ou membranas com este polímero e a mesma homogeneidade e dimensões submicrométricas dos poros. Essas características permitem direcioná-las para aplicações biológicas, como filtração de vírus, bactérias e glóbulos vermelhos", afirma o pesquisador Luis Enrique Gutierrez-Rivera.

Litografia holográfica

Segundo a professora Lucila Cescato, orientadora da pesquisa, o processo de fabricação das nanopeneiras envolveu a litografia interferométrica (ou holográfica), técnica desenvolvida no Instituto de Física da Unicamp. "A técnica consiste em projetar um padrão de interferência, gerado através de dois feixes de laser que, quando coincidem no espaço, demarcam regiões claras e escuras, intercaladamente".

Este padrão de luz e sombra é gravado duas vezes no material fotossensível (no caso, a resina negativa SU-8). A resina é girada em 90 graus entre as exposições e submetida posteriormente à revelação.

"Quando removemos a região não-sensibilizada, formam-se os poros. E, se promovermos mais exposições ao padrão de interferência, é possível gerar estruturas tridimensionais".

Polímeros substituindo o silício

As nanopeneiras foram fabricadas com o polímero PLLA (mistura de ácido poli-L-láctico), que tem a propriedade de se decompor e ser absorvido pelo organismo.

"Na década de 1990, o material dominante em sistemas microeletromecânicos para aplicações biomédicas era o silício, mas nos últimos anos vem sendo cada vez maior a utilização de polímeros, devido às suas propriedades de biocompatibilidade e moldabilidade".

Lucila Cescato observa, entretanto, que as membranas comerciais são produzidas através da síntese de polímeros, o que implica em pouca uniformidade no tamanho dos poros e também na sua estrutura.

Filtros de café e filtros de hemodiálise

"As indústrias de alimentos e químicas utilizam largamente estas membranas na filtração de partículas em função do baixo custo. Ocorre que esses processos não exigem tanta seletividade; coadores de café, por exemplo, são membranas deste tipo".

Já em uma hemodiálise, onde a seletividade é essencial, irregularidades no tamanho dos poros e na morfologia oferecem uma probabilidade, ainda que pequena, de que uma bactéria passe pela membrana. "Diferentemente dos materiais sólidos, os sistemas vivos são mais complicados, havendo células que se contraem e conseguem passar por cavidades menores que o seu tamanho", ilustra a professora.

Além da homogeneidade dos poros, as nanopeneiras possuem superfície lisa, o que facilita o escoamento e permite a retrolavagem, quando um dos problemas na filtração é o entupimento e inutilização das membranas. Por outro lado, Lucila Cescato atenta que por serem muito finas, as nanopeneiras não funcionam em processos industriais com taxa de filtragem e pressão elevadas. "O preço também não seria competitivo para uso em larga escala. Sua melhor aplicação é na filtragem por difusão".

Entrega de medicamentos

Por conta disso, Luis Gutierrez-Rivera buscou nanopeneiras com dimensões e características apropriadas para cápsulas que funcionam como microrreservatórios de onde drogas são difundidas para o fluxo sanguíneo, um processo conhecido como drug delivery system.

"A uniformidade dos poros torna o processo muito mais controlável. A eficácia das drogas depende da concentração adequada: doses acima do indicado são tóxicas, enquanto doses baixas não possuem efeito terapêutico e geram resistência".

Outra aplicação pensada para esses dispositivos é em microrreservatórios contendo células vivas produtoras de substâncias como a insulina. "Além de controlar a taxa de difusão de insulina para o corpo, a nanopeneira protege as células produtoras em seu interior, já que o diâmetro reduzido dos poros impede que os anticorpos entrem para destruí-las".

As nanopeneiras poderiam substituir as membranas poliméricas em mais uma aplicação importante, como biossensores que monitoram o fluxo de sangue através das artérias para detectar possíveis estreitamentos. A vantagem dos dispositivos desenvolvidos por Gutierrez-Rivera está, mais uma vez, na uniformidade dos poros e da estrutura, ao passo que as membranas comerciais apresentam problemas de permeabilidade e seletividade com frequência.

Nanopeneiras mais baratas

O pesquisador explica que, em membranas comerciais, a máxima homogeneidade de poros, na faixa submicrométrica, é obtida pela técnica de track etching, ainda assim com distribuição aleatória e variação de tamanho em torno de 35%. "Na última década, têm sido empregadas técnicas de fotolitografia de alta resolução para alcançar melhor homogeneidade e dimensões apropriadas para novas aplicações biológicas, tais como análise de proteínas e separação de vírus".

A ressalva do pesquisador é que, para fotolitografar poros com dimensões submicrométricas, são necessárias fontes de comprimento de onda muito pequenos, como feixe de elétrons, feixe de íons, luz ultravioleta ou raio X, sistemas extremamente caros ou que se restringem a áreas muito pequenas.

"A técnica que utilizamos - exposição holográfica ou litografia interferométrica - mostrou-se uma alternativa interessante e de baixo custo para gravação de poros com dimensões na faixa de 0,2 a 1 mícron, em áreas de até 4 polegadas, de uma só vez".

Como acrescenta a professora Lucila Cescato, esta técnica permite gravar poros extremamente pequenos em uma área grande, o que seria muito difícil com outro tipo de processo. "O sistema de escrita por feixe de elétrons ou de íons, cujo instrumental é caríssimo, grava em áreas de 100 por 100 micrômetros. Recorrendo à litografia holográfica, gravamos praticamente com a mesma resolução (poros na faixa de 200 a 600 nanômetros) em áreas de centímetros".

Programa converte partituras musicais para o sistema braille.

Deficientes visuais e profissionais da área de música têm, a partir de agora, a oportunidade de se aproximarem ainda mais, graças a um programa de computador desenvolvido por uma pesquisadora da Escola de Música de Brasília.

A professora Dolores Tomé desenvolveu um programa, batizado do Musibraille, que traduz partituras musicais em braille, permitindo sua leitura e manuseio por deficientes visuais. O programa será disponibilizado gratuitamente.

Música e braille

O Musibraille é o primeiro programa de computador em português capaz de transcrever partituras musicais para o braille, que é o sistema de leitura adota internacionalmente para os cegos.

"A partir de agora, poderemos atender a todos os cegos que têm como língua o português e acabar com a história de professores de música se recusarem a dar aulas para cegos por não saberem o braille", disse a professora.

Dolores desenvolveu o Musibraille em conjunto com os professores Antônio Borges e Moacyr de Paula Rodrigues Moreno, do Núcleo de Comunicação Eletrônica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). O programa, que demorou nove anos para ficar pronto, teve custo total de R$ 20 mil.

Software gratuito

Segundo a criadora do programa, qualquer pessoa pode usá-lo. É necessário apenas digitar a partitura e, com um simples toque, o programa converte todo o conteúdo para a linguagem braille. De acordo com os professores, a meta é distribuir versões do Musibraille em todas as universidades e escolas de música no país.

O software já pode ser baixado pela internet no site www.intervox.nce.ufrj.br/musibraille e também será distribuído a partir de hoje em diversas cidades do, por meio de oficinas de capacitação de professores de música que serão realizadas em Brasília (de hoje até amanhã) , Recife (de 4 a 7 de agosto), Belém (de 2 a 5 de setembro), Rio de Janeiro (de 6 a 9 de outubro) e Porto Alegre (de 10 a 13 de novembro).